在追求舒适生活的道路上，我们总希望冬天能温暖如春，夏天能凉爽宜人。但传统的供暖和制冷设备往往需要消耗大量能源。有没有一种方法，能让我们穿的衣服、住的帐篷自己就能智能调节温度，无需额外能源，真正实现“冬暖夏凉”呢？

北京服装学院服贺爽及其合作者发表于《科学》子刊的突破性研究“Temperature-adaptive dual-modal photonic textiles for thermal management”，将这一梦想照进了现实。中国科学家团队研发的一种温度自适应双模态光子纺织品，就像给布料赋予了“思考”能力，能根据外界环境的冷热变化，自动在“吸热模式”和“冷却模式”之间切换，为人体和居住空间营造一个全天候的舒适温度区间。2024年10月，这一成果在国际著名期刊《Science Advances》上发表。（https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr2062）

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该研究成果还受到国际顶级学术期刊《Nature》关注，并在其Research Highlights栏目中报道，进一步肯定了研究成果的国际前沿性和重要意义。

一、 灵感与挑战：为何需要“智能”调温？

传统的温度管理方式，无论是空调、暖气还是电扇，都依赖于外部能源的持续输入，不仅消耗巨大，还加剧了环境负担。而大自然其实为我们提供了两种免费的能源：冬天的太阳光和夏天的辐射制冷。

• 太阳能加热：很好理解，就是吸收太阳光的能量来取暖，就像冬天晒被子一样。理想材料需要能高效吸收太阳光（波长约300-2500纳米）。

• 辐射制冷：所有物体都在时刻向外辐射热量。地球大气层有一个“大气窗口”（波长约8-13微米），在这个窗口内，热量可以毫无阻碍地穿透大气，散逸到寒冷的外太空。如果一种材料能在这个窗口强烈地辐射热量，同时又能高效反射太阳光避免被加热，那么即使在阳光下，它也能比周围环境更冷。

然而，现有的技术通常只能实现单一功能：要么只能强力制冷，在冬天反而会加剧寒冷；要么只能强力吸热，在夏天会变成“烤箱”。自然环境的温度是不断波动的，因此，开发一种能智能感知温度并自动切换功能的材料，成为了科研人员追求的目标。

二、 神奇的材料：如何实现“智能”切换？

这项研究的核心是一种被称为智能织物（SF）的创新材料。它的制备过程巧妙地融合了多种材料科学的前沿技术。

1. 智能调色核心：热致变色微胶囊（TM）

想象一下，这种织物里镶嵌了无数个微小的“温度感应变色胶囊”。每个胶囊的核心是三种物质的混合物：

• 隐色染料（CVL）：一种特殊的染料，本身颜色很浅。

• 显色剂（BPA）：一种酸性物质，能与CVL反应，使其变成深色。

• 溶剂（1-十四烷醇）：一种蜡状物质，其状态随温度变化是关键。

工作原理如下：

• 低温时（如<25℃）：溶剂凝固，其结构迫使显色剂与染料紧密接触，发生化学反应，使染料变成黑色。此时胶囊呈现黑色，高效吸收阳光。

• 高温时（如>25℃）：溶剂熔化，破坏了显色剂与染料的接触，化学反应逆转，染料恢复浅色。此时胶囊变为白色，高效反射阳光。

通过调整这三种材料的配比，科学家可以任意设定胶囊的变色温度（Tc），例如5℃、15℃、25℃或31℃，以适配不同地区和应用场景的需求。

2. 坚韧的保护层：石墨烯外衣

然而，传统的热致变色材料非常害怕紫外线，在户外阳光下很快会失效。为此，研究团队用还原氧化石墨烯（rGO） 薄薄地包裹在每个变色胶囊外面。

石墨烯是众所周知的“明星材料”，强度高、柔韧性好，并且能有效吸收和抵御紫外线。这层坚固的“铠甲”极大地保护了内部的变色核心，使其耐久性大大提升。实验表明，即使经过长达60天的强紫外线加速老化测试，材料的性能依然保持在99%以上。

3. 冷却增强大师：硫酸钡颗粒

仅有变色胶囊还不够。在白色状态下，它对某些波长的光反射能力还不够强；同时，它的辐射制冷能力也有提升空间。研究团队引入了另一种“神器”——硫酸钡（BaSO₄） 微纳米颗粒。

硫酸钡是一种非常白的矿物。经过精密计算，直径约500纳米的硫酸钡颗粒能最有效地散射整个太阳光谱（尤其是300-700纳米的可见光核心区域）的光线，极大增强材料的阳光反射力。同时，硫酸钩自身独特的分子结构使其在“大气窗口”内也具有很高的热辐射能力，进一步强化了制冷效果。

最终，将石墨烯包裹的变色微胶囊（G-TM） 和硫酸钡颗粒与水性聚氨酯粘合剂混合，通过简单的喷涂工艺，就能均匀地附着在棉花、涤纶等各种基础织物纤维上，制成大面积的智能织物（SF）。这种工艺还允许它将功能材料轻松地喷涂或涂刷在无纺布、纸张、钢铁、木材等多种表面上，应用前景极其广泛。

三、 卓越的性能：实际效果如何？

实验室数据和户外实测都证明了这种智能织物的强大性能。

• 光学调制能力：这种织物在冷（黑）、热（白）两种状态之间切换时，其对可见光的吸收率变化（即光学调制能力）高达80% 以上。这意味着它在冬天能变成高效的“太阳能捕获器”，在夏天则变成高效的“阳光反射镜”。

• 辐射冷却能力：在夏日正午（环境温度40.2°C，太阳光强>625 W/m²）的北京户外测试中，处于白色状态的智能织物（SF-5）比环境温度低了8.2°C。计算表明，其冷却功率最高可达80 W/m²，相当于每平方米的面积上时刻都有一个小功率电扇在吹走热量。

• 太阳能加热能力：在低温环境下，处于黑色状态的智能织物（SF-25）能高效吸收阳光，其温度显著高于白色涂层。在光照强度大于200 W/m²时，其温度可比人体舒适温度高出19°C以上，提供显著的加热效果。

更重要的是，它非常智能和稳定。当温度接近其设定值时（如25℃），相变材料储存或释放热量的特性会帮助温度稳定在该值附近，防止过热或过冷，就像一个内置的缓冲器。

四、 走进生活：从衣服到帐篷的应用展示

研究的最终目的是造福人类生活。团队用这种智能布料制作了两样东西：

1. 智能调温服（TMSG）

研究人员将SF-25布料裁剪缝制成了一件普通的夹克。在15°C的凉爽环境中，衣服呈黑色，吸收阳光后，其表面温度能迅速升至20°C，为穿着者保暖。在33°C的炎热环境中，衣服变为白色，内部温度可维持在舒适的26°C左右。即使连续暴晒10天，它依然能出色地将内部温度维持在20-26°C的舒适区间内，而外界温度在18-33.4°C之间波动。并且，它耐水洗，经过多次洗涤后性能几乎不衰减。

2. 智能调温帐篷（TMST）

团队制作了一个长3.5米、宽2.9米、高1.3米的大帐篷。在寒冷时，帐篷外表呈黑色，吸收阳光加热内部空气；在炎热时，帐篷变白，反射阳光并通过辐射冷却降低内部温度。实测数据显示，当外界气温在14°C到33°C之间剧烈波动时，帐篷内部能始终维持在19°C到26°C的人类体感舒适区间内。这意味着，它将人类的户外热舒适范围扩大了约8.5°C。

五、 未来与展望

这项研究为我们展现了一个美好的未来：人们可能不再需要为应对季节变化而购置大量不同厚度的衣物，一件“自适应”夹克或许就能搞定；户外救援、旅行、野外作业等场景的舒适性和安全性将得到极大提升；甚至这种技术可以应用于建筑外墙、车顶等，为整个空间的温度调节节约大量能源。

当然，从实验室走向大规模市场，还需要解决诸如降低成本、优化大规模生产工艺、以及在不同气候条件下进行更长时间的耐久性测试等问题。但毫无疑问，这种集成了智能响应、能源自洽和人性化舒适理念的“思考型”布料，是材料科学和可持续技术的一次精彩融合，为我们构建一个更加绿色、舒适的未来提供了充满想象力的解决方案。它告诉我们，解决问题的最高明之道，有时不是与自然对抗，而是巧妙地利用自然的规律。